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Ausgabe 11-2023

Der Wunsch nach Klarheit und Planungssicherheit auf dem Weg zur klimaneutralen Energiezukunft

Dr. Oliver Then

Weihnachten, das Fest der Liebe und des Friedens steht vor der Tür. Liebe zu schenken obliegt nun jeder und jedem Einzelnen von uns, mit dem Frieden sieht es angesichts der zwei fürchterlichen Kriegs- und Krisengebiete vor Europas Haustür leider schlechter bestellt aus. Zumindest ist zu vermerken, dass die Energiebranche im Schulterschluss mit Politik und Gesellschaft in einem großartigen Kraftakt die Energieversorgung Europas im letzten und aller Wahrscheinlichkeit nach auch im anstehenden Winter gesichert hat. Und damit deutlich wurde, was mit vereinten Kräften zu erreichen ist. Und dieser Gedanke führt zum Kern dieses Editorials: Weihnachten, die Zeit der Wünsche.

Aus Sicht unserer Branche bleibt der wichtigste Wunsch seit Jahren der Gleiche: Klarheit und Planungssicherheit durch verlässliche politische Rahmenbedingungen. Auf europäischer Ebene verfolgen uns – oder besser verfolgen wir – die unermüdlichen Regulierungsbemühungen der Kommission: Im Strategischen über den Green Deal und seine wichtigsten Teilprojekte FitFor55 und RePowerEU, im Operativen dann z.B. über die Neuordnung des CO2-Zertifikatehandels oder die Updates der Netzanschlussregeln, der Wasserrahmenrichtlinie oder der Industrieemissionsrichtlinie. Hier arbeitet der vgbe seit vielen Jahren vertrauensvoll und erfolgreich mit unseren Dachverbänden Eurelectric und BDEW zusammen, um den oben genannten Wunsch umzusetzen.

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Erneuerbare Energie und neue, grüne Grundlast – Transformation und Zukunft bei LEAG

Philipp Nellessen und Thomas Hörtinger

Von der ostdeutschen Bergbauregion zum außergewöhnlichen Cluster für grüne Energie in Deutschland – diese 180-Grad-Wende wollen wir mit dem Konzept der GigawattFactory in der Lausitz schaffen. Bis 2030 soll sich das traditionsreiche Braunkohlerevier zum größten Zentrum für Erneuerbare Energien in Deutschland wandeln. Die Potentiale dieser Transformation sind so vielschichtig wie einzigartig: eine neue Qualität der nachhaltigen und sicheren Energieversorgung, ein Booster für die wirtschaftliche Entwicklung der Region und eine Blaupause für den erfolgreichen Wandel von Kohleregionen in aller Welt – diese Chancen bietet die GigawattFactory.

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Prognosen und Szenarien für die globale Energieversorgung bis 2050 – Synopse der Ansätze und Ergebnisse von im Jahr 2023 veröffentlichten Studien

Hans-Wilhelm Schiffer

Verschiedene Institutionen veröffentlichen regelmäßig Studien zu den Perspektiven der weltweiten Energieversorgung. Dazu gehören von Regierungen getragene internationale Organisationen, Energieunternehmen, Beratungsunternehmen und wissenschaftliche Institute. Bei den vorgelegten Zukunftspfaden ist zwischen Prognosen und Szenarien zu unterscheiden. Das darin praktizierte unterschiedliche methodische Vorgehen wird skizziert, und es erfolgt eine Kategorisierung der verwendeten Ansätze. Vor dem Hintergrund der Entwicklung der vergangenen Jahrzehnte werden die in den Studien erzielten quantitativen Ergebnisse zur Entwicklung von Primärenergieverbrauch und Stromerzeugung bis 2050 – differenziert nach Energieträgern – dargelegt. Dies geschieht unter Erläuterung bestehender Gemeinsamkeiten und Unterschiede. In einem Fazit werden Schlussfolgerungen gezogen, die sich aus den Analysen ableiten lassen – dies vor allem mit Blick auf die Einhaltung der Klimaziele.

Der Einfluss variabler erneuerbarer Energien (VRE) auf die Stabilität des Stromsystems – Die Renaissance der Rotierenden Phasenschieber

Robert Neumann, Gerfried Maier, Serdar Kadam und Werner Ladstätter

Die Energiewende – strategischer Übergang von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energiequellen – bringt einen fundamentalen Umbau der Übertragungs- und Verteilnetze mit sich. Das elektrische Energiesystem befindet sich im Übergang eines schwungmassendominierten Systems in ein stromrichterdominiertes System. Dies hat, ohne entsprechende Maßnahmen, negative Auswirkungen auf die Netzstabilität zur Folge. Dieser Bericht beschreibt die Auswirkungen der Transformation des elektrischen Energiesystems auf die Spannungsstabilität und die Frequenzstabilität, es werden die unterschiedlichen Kompensationsanlagen im Hinblick auf die unterschiedlichen Kompensationsanforderungen verglichen. Rotierende Phasenschieberanlagen (RPSA), welche seit Anfang des 20. Jahrhunderts zur Blindleistungskompensation eingesetzt wurden und zwischenzeitlich durch andere Technologien ersetzt wurden, erleben eine Renaissance in Übertragungs- und Verteilnetzen.

Instandhaltung von Kraftwerken: Risiko- und Versicherungsmanagement

Michael Härig

Bei komplexen technischen Anlagen müssen Versicherungen ganz besondere Bedingungen erfüllen, damit im Schadenfall die für die Wiederherstellung notwendige Entschädigung fließen kann. Gleichgültig, ob der Schaden während des Betriebs eingetreten ist oder während der Revision festgestellt wurde oder erst durch die Revision bzw. bei Wiederinbetriebnahme nach einer Revision verursacht wurde.

Der seit einigen Jahren weltweit verhärtete Markt für Industrieversicherungen prägt den Umgang der Versicherer mit diesen Themen. Genauso muss auch die aktuelle Entwicklung in der Energiebranche bei Platzierung der Versicherungen berücksichtigt werden. Mit gezieltem Risiko- und Versicherungsmanagement ist auch heute noch Versicherungsschutz zu wirtschaftlichen Konditionen möglich.

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Digitaler Zwilling – vom Prototypen zur fertigen Applikation

Thomas Will und Mojtaba Mahmoodan

Digitale Zwillinge komplexer Anlagen oder Anlagenkomponenten sind mittlerweile etablierte Werkzeuge zur Prozessüberwachung und -optimierung. Bei der Architektur eines solchen Zwillings kann einerseits zwischen Online und Offline und andererseits zwischen Remote und On-site unterschieden werden. Somit ergeben sich vier mögliche Kombinationen, wie ein solcher Zwilling gestaltet und genutzt werden kann. Im Beitrag werden diese Optionen mit ihren spezifischen Vor- und Nachteilen erläutert und diskutiert. Allen Optionen liegen jeweils dasselbe parametrisierte Modell des Dampferzeugers und derselbe Programmcode für die thermodynamische Berechnung zugrunde. An zwei Fallbeispielen für Digitale Zwillinge von Dampferzeugern werden die Optionen konkret beschrieben. Die Referenzen beziehen sich beide auf kohlegefeuerte Kraftwerke. Die Perspektive für einen wachsenden Markt liegt in der Übertragung der Technik auf andere Anlagentypen. Alle Formen der energetischen Verwertung von Abfällen oder Chemieanlagen versprechen ein hohes Potenzial.

Modifikationen und Modernisierungsmaßnahmen an Dampfturbinen in Zeiten des Energiewandels

Stephan Schwab und Tobias Fröse

Die komplexen Anforderungen an Industrie-Dampfturbinen infolge des sich ändernden Energiemarktes erfordern zum effizienten und kundenspezifischen Betrieb Modifikationen und Modernisierungsmaßnahmen. Die Vorgehensweise solcher Modernisierungsmaßnahmen wird im vorliegenden Beitrag anhand von zwei Projektbeispielen erläutert. Beleuchtet werden die Durchführung einer Machbarkeitsstudie, die Bewertung der geplanten Umbaumaßnahmen sowie die abschließende Umsetzung der Modifikationen. Für die Machbarkeitsstudie wird die Dampfturbine bilanziert, die Auslegung der Umbaumaßnahmen und die Modifikationen an der Turbinenregelung sowie die Implementierungen notwendiger Regelungsorgane durchgeführt. Die erforderlichen Daten zur Durchführung dieser Studie sind sehr elementar und geben dem Kunden in kurzer Zeit eine günstige Möglichkeit, nachfolgend die Ergebnisse dieser Studie als Grundlage zur weiteren Prozessbewertung zu verwerten.

Laufzeitverlängerung Dank vorausschauender Instandhaltung

Rudolf Tanner

Die vorausschauende Instandhaltung, engl. Predictive Maintenance (PM), hat in den letzten zwei Jahren massiv an Bedeutung gewonnen, weil die Lieferketten gestört sind. Zur Produktionssicherstellung gibt es verschiedene Optionen, aber jede hat ihren Preis! Alternativ können Anlagenbetreiber Überwachungssysteme einsetzen, welche den Zustand von kritischen Komponenten wie Wälzlager oder Getrieben beurteilen. Dieser Beitrag schlägt ein mögliches Mass für defektbasierte Trendkurven vor und zeigt Praxisbeispiele, die zur Laufzeitverlängerung von rotierenden Maschinen beitrugen.

Optimierungsbasierte vorausschauende Einsatzsteuerung von Erzeugungseinheiten und steuerbaren Verbrauchern

Markus Gölles, Astrid Leitner, Christine Mair, Andreas Moser, Daniel Muschick, Valentin Kaisermayer, Mathias Schwendt und Daria Shabatska

Eine nachhaltige Energieversorgung kann nur durch ein flexibles, sektorübergreifendes Energiesystem erreicht werden. Hierbei kommt insbesondere der geeigneten Berücksichtigung volatiler Erzeugungseinheiten besondere Bedeutung zu. Durch die zunehmende Kopplung der verschiedenen Sektoren wird der Wärmesektor und speziell die Fernwärme auch weiter an Bedeutung gewinnen. Für den Betrieb der resultierenden, zunehmend komplexer werdenden Systeme stellen optimierungsbasierte Regelungsmethoden einen vielversprechenden, systematischen Ansatz dar, der sich in der Einsatzsteuerung von Erzeugungsanlagen im Stromsektor etabliert hat. Im Wärmesektor und vor allem in den zukünftigen Systemen mit starker Sektorkopplung ergeben sich dabei aber einige zusätzliche spezifische Herausforderungen. In diesem Beitrag werden diese Herausforderungen beschrieben und eine modulare, modellprädiktive Einsatzsteuerung vorgestellt und anhand zweier beispielhafter Demonstratoren analysiert.

Beschleunigung der Emissionsüberwachung in Kohlekraftwerken in Indien

Lesley Sloss, Sanjeev K Kanchan und Wojciech Jozewicz

Der kohlebefeuerte Energiesektor ist einer der am stärksten Emissionen verursachende Industriesektoren Indiens – kohlebefeuerte Kraftwerke trugen im Jahr 2020 zu 60 % der gesamten Partikelemissionen (PM), 45 % der gesamten SO2-Emissionen, 30 % der gesamten NOx-Emissionen und mehr als 80 % der gesamten Quecksilberemissionen aller Industriesektoren des Landes bei. Als Reaktion auf die anhaltenden Umweltprobleme hat die indische Regierung neue Emissionsgrenzwerte für PM, SO2, NOx und Quecksilber aus Kohlekraftwerken festgelegt. Dieser Bericht soll die Beteiligten bei der Umsetzung der politischen Maßnahmen in Indien unterstützen. Sobald sie über die besten Lösungen sowohl in politischer als auch in technologischer Hinsicht informiert sind, können die Beteiligten echte Kosten-Nutzen-Analysen durchführen und am besten beschreiben, wie ihre Bedürfnisse den Markt für Waren und Dienstleistungen in Indien schaffen.

Editorial

Then400

Dr. Oliver Then

Geschäftsführer
vgbe energy, Essen

Der Wunsch nach Klarheit und Planungssicherheit auf dem Weg zur klimaneutralen Energiezukunft

Liebe Leserinnen und Leser des vgbe energy journals, liebe Mitglieder des Verbandes,

Weihnachten, das Fest der Liebe und des Friedens steht vor der Tür. Liebe zu schenken obliegt nun jeder und jedem Einzelnen von uns, mit dem Frieden sieht es angesichts der zwei fürchterlichen Kriegs- und Krisengebiete vor Europas Haustür leider schlechter bestellt aus. Zumindest ist zu vermerken, dass die Energiebranche im Schulterschluss mit Politik und Gesellschaft in einem großartigen Kraftakt die Energieversorgung Europas im letzten und aller Wahrscheinlichkeit nach auch im anstehenden Winter gesichert hat. Und damit deutlich wurde, was mit vereinten Kräften zu erreichen ist. Und dieser Gedanke führt zum Kern dieses Editorials: Weihnachten, die Zeit der Wünsche.

Aus Sicht unserer Branche bleibt der wichtigste Wunsch seit Jahren der Gleiche: Klarheit und Planungssicherheit durch verlässliche politische Rahmenbedingungen. Auf europäischer Ebene verfolgen uns – oder besser verfolgen wir – die unermüdlichen Regulierungsbemühungen der Kommission: Im Strategischen über den Green Deal und seine wichtigsten Teilprojekte FitFor55 und RePowerEU, im Operativen dann z.B. über die Neuordnung des CO2-Zertifikatehandels oder die Updates der Netzanschlussregeln, der Wasserrahmenrichtlinie oder der Industrieemissionsrichtlinie. Hier arbeitet der vgbe seit vielen Jahren vertrauensvoll und erfolgreich mit unseren Dachverbänden Eurelectric und BDEW zusammen, um den oben genannten Wunsch umzusetzen.

Dieser gilt auch für die Dinge, die national zu regeln sind. Seit Monaten wartet die Energiebranche in Deutschland, aber auch in unseren Nachbarländern (aus guten Gründen) sehnsüchtig auf die sogenannte „Kraftwerksstrategie“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Die Erwartungen wurden zuletzt auf dem vgbe Congress im September in Berlin genährt, als Abteilungsleiter Dr. Phillipp Steinberg aus dem BMWK einen Entwurf im Spätherbst in Aussicht stellte. Doch nun, angesichts der Haushaltskrise und der Unsicherheiten rund um den Klima- und Transformationsfonds (KTF), verblasst die Hoffnung auf eine rasche Lösung.

Die Haushaltskrise, ausgelöst durch das Karlsruher Haushaltsurteil, das die Verschiebung von 60 Milliarden Euro in den KTF für verfassungswidrig erklärte, zwingt das Wirtschaftsministerium dazu, das Vorantreiben der Kraftwerksstrategie kurzfristig zu pausieren. Die Klärung relevanter Fragen beim KTF hat nun Vorrang. Trotz dieser Verschiebung betont das Ministerium, dass die Strategie weiterverfolgt wird – ein zartes Signal der Hoffnung für die Energiebranche.

Die Einführung der Kraftwerksstrategie ist von zentraler Bedeutung für den Weg zu einem klimaneutralen Stromsystem. Die geplanten wasserstofffähigen Gaskraftwerke sollen eine Brücke schlagen und erneuerbare Energien ergänzen, insbesondere in Zeiten, in denen Wind und Sonne nicht ausreichend Energie liefern. In Summe werden hierfür neben den anderen Flexibilitätsoptionen im Energiesystem (z.B. Stromimporte, Energiespeicher, Verbrauchssteuerung) zwischen 65 und 120 GW benötigt, je nach Studie. Die Bundesregierung plant deswegen in einem ersten Schritt einen Ausbau von 20 bis 40 GW bis 2030 bzw. 2035, mit Ausschreibungen eigentlich ab 2024. Dies ist jedoch nicht nur eine technologische Herausforderung, sondern auch eine logistische.

Der Zeitdruck bei den Ausschreibungen für die neuen Gaskraftwerke erhöht sich. Experten aus unseren Mitgliedsunternehmen und auch der Verband selber warnen vor Engpässen beim Bau und betonen die Notwendigkeit, rechtzeitig zu handeln, um die Versorgungssicherheit nach 2030 zu gewährleisten. Für die Realisierung dieser Projekte sind erfahrungsgemäß bis zu 6 Jahre anzusetzen. Ein möglicher Verzug wird außerdem das von der Politik immer noch angestrebte Vorziehen des Kohleausstiegs auf die frühen 2030er Jahre gefährden. Ohne Gaskraftwerke kein Kohleausstieg.

Die Branche benötigt klare Rahmenbedingungen, um nachhaltige Investitionen tätigen zu können. Obwohl neue gasgefeuerte und auf Wasserstoff umrüstbare Gaskraftwerke eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Stromnetzes spielen und langfristig eben auch Kohlekraftwerke ersetzen sollen, kann ihre Wirtschaftlichkeit aufgrund des bestehenden Marktdesigns nicht gewährleistet werden. Ohne gezielte Förderung wird kein Investor bereit sein, den Bau dieser Back-up-Kraftwerke zu finanzieren. Und dabei ist noch nicht berücksichtigt, ab wann und in welchen Mengen überhaupt grüner Wasserstoff für den Betrieb dieser Anlagen zur Verfügung stehen wird.

Durchaus vielversprechende Modelle zur Förderung wurden bereits vorgestellt, die ohne öffentliche Mittel auskommen. Dabei sollen die Kosten z.B. über die Netzentgelte finanziert werden, indem garantierte Vergütungen zum Zeitpunkt der Investition bereitgestellt werden. Dieser Ansatz könnte Investoren die benötigte Sicherheit bieten und Anreize schaffen, dort zu bauen, wo Kraftwerke am dringendsten gebraucht werden. Allerdings sind hier noch Diskrepanzen zwischen den Vorstellungen der Bundesregierung und den Forderungen der EU zu überwinden.

Die Zeit drängt, und die Energiebranche benötigt klare Signale und Unterstützung von politischer Seite. Die Kraftwerksstrategie darf nicht weiter auf die lange Bank geschoben werden, wenn die Energiewende ihre Ziele erreichen soll. Investitionssicherheit, klare Fördermechanismen und eine effiziente Abstimmung mit den europäischen Partnern sind unerlässlich, um die Weichen für eine nachhaltige und klimaneutrale Energiezukunft zu stellen.

Um den Wunschzettel zu Weihnachten abzuschließen, wünsche ich Ihnen und Ihren Familien auch im Namen der Belegschaft des vgbe energy e.V. und der vgbe energy service Gmbh ein friedliches und gesegnetes Weihnachtsfest und alles Gute für das kommende Jahr.